基于宽禁带功率器件的F类放大器的研究与设计

F类射频功率放大器作为开关模式放大器的一种,其理想效率为100%。传统F类功率放大器的设计方法是利用输出端谐波抑制,在晶体管的漏极得到近似方波的电压信号和近似半正弦波的电流信号,以此提高放大器效率。文章通过研究电路的结构,在F类功率放大器的输入端加入谐波抑制电路,同时利用输入和输出谐波抑制匹配网络,能够更有效提高输出功率和功率附加效率;结合宽禁带功率器件,在S波段完成一款电路的设计,在3.45~3.55GHz频带内,输入激励为28dBm条件下,测试得到最大PAE能够达到78.3%,输出功率40.5dBm,实验结果和仿真结果基本吻合。     

输入端谐波抑制的高效E类宽禁带功率放大器

文章提出对E类功率放大器进行谐波抑制的改进设计方法,有效利用输入端信号功率,从而提高功放的功率附加效率;分析了E类功率放大器的工作原理,结合新型宽禁带功率器件利用ADS软件进行了电路仿真设计,并对实际放大器电路进行了实际测试。结果表明,对输入端谐波抑制的改进可以使功率放大器在1.1～1.3GHz频段内输出功率保持在10W以上,功率附加效率达到了79.6%,比改进前E类功率放大器的效率有了明显的提高。     

应用于WLAN的高效率F类功率放大器

为了提高在高速率信号传输下无线通讯发射系统中功率放大器的工作效率,提出了一种结构新颖的高效率F类功率放大器.通过计算机仿真与实验板调试相结合的方法确定了放大器的最佳漏极阻抗,根据F类放大器漏极电压和漏极电流是相位差为λ/4的方波和半正弦波的特性,通过仿真软件设计和优化,设计出的谐波滤波网络在输出谐波频点有良好的滤波性能.为了降低栅源电容对输入信号造成的失真,在输入端口加入短截线,提高了放大器的漏极效率.通过测试,功率放大器工作在2.4GHz时,在2dB增益压缩点的功率附加效率为67%,输出功率为30dBm.测试结果表明,该高效率功率放大器适合应用于WLAN无线通讯发射系统.     

基于GaN器件的平衡式逆F类功率放大器的研究与设计

针对功率放大器效率低和输入输出端反射损耗较大的缺陷,采用平衡式结构研究了工作于2.6 GHz的逆F类功率放大器,并基于GaN器件CGH40010F设计该放大器验证电路。根据功放管输出寄生参数的等效网络,将负载阻抗转换到封装参考面上,在输出匹配电路中对二、三次谐波进行抑制处理。并且考虑栅源寄生电容对输入信号的影响,在输入拓扑结构中加入二次谐波抑制电路,进一步提高了放大器的效率。同时,在栅漏极偏置电路中,采用扇形微带线代替短路电容,使电路结构更为紧凑。经仿真优化,采用Rogers4350b板材制作该功放电路板。实测表明,饱和输出功率为42.32 dBm,最大漏极效率为77.91%,最大功率附加效率(power added efficiency, PAE)达到72.16%,输入输出驻波系数(voltage standing wave ratio, VSWR)均小于2。实测结果与仿真数据基本吻合,验证了设计方法的可行性。     

S波段高效E类GaN HEMT功率放大器设计

为了解决E类功率放大器最大工作频率(f max )受晶体管输出电容限制的问题,提出了一种新型的E类功率放大器输出匹配电路结构.该结构能够同时实现对晶体管在基波和谐波下的过剩输出电容进行补偿,一方面提升了E类功率放大器在高频工作时的效率,另一方面也降低了电路的复杂度和实现难度.利用所提出的方法,采用GaN HEMT器件,设计并实现了工作在2.5 GHz的E类功率放大器.测试结果表明,其最大功率附加效率(PAE)达到80%,饱和输出功率为40.1 dBm.     

基于90 nm SOI CMOS工艺的24 GHz信号发生器

SOI CMOS工艺具有高的截止频率和良好的温度稳定性,能够满足微波毫米波雷达收发芯片在多种应用场景下的使用要求.采用90 nm SOI CMOS工艺,设计一种A类无输出阻抗匹配网络Stacked-FET功率放大器,改善了功率放大器的饱和输出功率和可靠性.基于此功率放大器设计并实现了一款24 GHz信号发生器电路.通过电磁场仿真分析研究了Dummy金属对片上螺旋电感性能的影响.经流片加工测试,结果表明,该信号发生器电路能够输出22.2～24.7 GHz的信号,平均输出功率为8.83 dBm,峰值输出功率为10.5 dBm.在偏1 MHz和10 MHz处压控振荡器的相位噪声分别为-91 dBc/Hz和-123 dBc/Hz.芯片面积为1.4 mm×1.4 mm.     

应用于WLAN的GaAs HBT功率放大器设计

提出了一款基于GaAs HBT工艺的高功率功率放大器（Power Amplifier,PA）.设计采用三级放大器级联的结构以提高功率放大器的功率增益,在功率晶体管的基极处串联RC有耗稳定网络来提高稳定性及改善增益平坦度,采用电流镜有源偏置的方式提升大信号输出时的功率、效率及线性度表现,同时在输出级放大器处添加功率检测电路以得到随输出功率变化的直流电压信号.EM仿真结果表明：PA的输出频率范围为5.1~6.5 GHz,增益为33~33.7 dB,S11、S22<-9.8 dB,饱和输出功率为32.8~34.9 dBm,峰值效率为38.7 %~42 %,在满足无线局域网标准802.11ax、调制策略为MCS7的情况下,EVM达到-30 dB时输出功率为20~21 dBm,芯片面积为1.69 mm×0.73 mm.测试结果表明：S参数测试结果与仿真结果表现出较好的一致性,PA在满足前述无线局域网标准时输出功率为13.6~19.8 dBm.     

一种新型谐波抑制负载结构的整流电路

为了满足5G大环境下的低功耗物联网节点应用,设计了一种新型谐波抑制负载结构的整流电路,在二极管后引入连续多阶微带谐波抑制结构,从而实现较高的转换效率和较小的输出纹波.该电路结构紧凑、设计成本低、结构简单,当输入功率为14.8 dBm时,电路的转换率可达72.5％.最后选择F4B基板进行实验验证,结果表明当负载为750 Ω时,该电路结构的最高转换效率仍可以达到61.2％,相比于其他结构有明显的提高.     

3.43 GHz SiGe BiCMOS功率放大器设计

采用AMS 0.35μm SiGe BiCMOS工艺,设计了用于卫星通信用的3.33-3.53 GHz功率放大器.该功率放大器采用单端结构,工作于A类.在3.3 V电源电压下,功率放大器的功率增益为22.3 dB,输出1 dB压缩点为31.9 dBm,相应的功率附加效率为25.2%.仿真结果表明,该功率放大器具有良好的输入、输出匹配,工作稳定.     

C波段射频功率放大器的设计

射频功率放大器是发射机的重要组件,它的设计成了微波发射系统的关键。氮化镓功率管的宽带隙、高击穿电场等特点,使其具有带宽宽,高效特性等优点。本文使用ADS仿真软件对一款功率放大器进行仿真和电路设计,根据晶体管的小信号S参数和I-V曲线,对功率管的输入、输出阻抗匹配电路及其偏置电路进行优化设计,使其性能达到设计要求。在4 GHz~6.5 GHz的频段内,对输入功率为0 dBm射频信号,输出大于38 dBm的射频信号,带内波动≤±1 dB。